ОЦБП-2 / Литература / Гаузе_Гончаров_ОСНОВЫ_ТЕОРИИ_И_РАСЧЕТА

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Vб- скорость подачи балансов к камню.

Или

При постоянствескорости подачи балансов и переменномзнаменателе в формуле (2.68) должна изменяться величина удельного давления по шири­

не шахты, т.е,

ЭТО обеспечивается разной величиной сжатия балансов по ширине'шахты. В результате может происходить отставание одной части балансов от другой. Такие явления происходят в цепных дефибрерах.

Фактическое контактное напряжение в зоне дефибрирования определя­ ется площадью контакта древесины с абразивными зернами и находится из

выражения

При перемещении абразивных зерен относительно древесины возника­

ет сопротивление дефибрированию Кд , равное касательному напряжению в зоне контакта зерен с древесиной в пересчете на 1 см2 радиальной проекции

площади контакта:

'0

где .. РТ - удельное тангенциальное усилие (удельная сила трения) в зоне де­ фибрирования,fUм2 ,

Величина кд определяется прочностными свойствами древесины и за­ висит от температуры в зоне дефибрирования. В летний период при более

высокой температуре кд = (900-950) 104 Н1м2, в зимний период кд = (10101060) 104 fИм2•

2.6.3. Определение мощности привода дефибрериого камня

Эффективная мощность расходуется на преодоление сопротивления относительному перемещению абразивов в зоне дефибрирования.

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

где 0,9 - коэффициент, учитывающий использование поверхности камня (зависит от плотности укладки балансов в шахте); Кд - сопротивление дефибрированию, Н/м2;

Aro - удельная радиальная проекция площади контакта абразивных зе­ рен с древесиной, см2/см2;

~F" _ окружная скорость камня, м/с; /б - длина балансов, м;

т - число прессов;

D"- диаметр камня.м;

В - ширина шахты дефибрера, м;

Эффективная мощность может быть найдена также с использованием величины удельных затрат энергии, затрачиваемой на производство древес­ ной массы:

где Q- суточная производительность дефибрера в тоннах воздушно-сухой древесной массы, т.в.с.юут.;

U - удельный расход энергии, кВт . ч/т.в.с.; У/- коэффициент, потерь мощности,

У/деф. - коэффициент, учитывающий потери в подшипниках вала де­ фибрерного камня и на трение камня о массу в ванне; У/эд. - коэффициент полезного действия электродвигателя;

l1лn. - коэффициент, учитывающий потери в линии передач от под­

станции.

Удельные затраты энергии в зависимости от вида древесной массы со­

ставляют:

Белая древесная масса - 11OO~1300 кВт . ч/т.в.с.

Удельный расход энергии зависит от состояния поверхности дефиб­

рерного камня: при затупленном камне он повышается.

Мощность электродвигателя привода дефибрера определяется по фор­

муле:

7]деф7]эд

Для приводадефибрераобычно применяютсясинхронныеэлектродви­ гатели. Частотавращенияэлектродвигателяопределяетсяв зависимостиот окружнойскоростикамня:

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

к

где V" - окружная скорость камня, м!с; D"- диаметр камня, м.

Частота двигателя должна соответствовать стандартному (обычно 250, 275,300 мин"), определяемомуиз зависимости

где f - частота тока, Гц;

р- число пар полюсов электродвигателя.

Взависимости от числа дефибреров, приводимых от одного электро­ двигателя, различают индивидуальный и сдвоенный приводы. Сдвоенный. привод может быть последовательным (при последовательном соединении дефибреров с электродвигателем) и параллельным (дефибреры подсоедине­

ны к двигателю с двух сторон). В современной практике наибольшее приме­ нение имеют дефибреры с индивидуальным приводом.

2.6.4. Определение пронзводительности дефибрера

Исходной величиной для определения производительности дефибрера

является удельный съем q . Удельный Съем показывает количество древесной

~ массы в граммах, снимаемое с 1 см2 радиальной проекции поверхности кон­

.. такта абразивных зерен камня с древесиной при перемещении точки поверх­ ности камня на 1 см: При повышении температуры в зоне дефибрирования и,

следовательно, удельного расхода энергии удельный съем уменьшается, что видно из эмпирической зависимости

где U - удельный расход энергии на дефибрирование, кВт . ч/т.в.с;

.а- опытный коэффициент, зависящий от условий дефибрирования. Для цепного дефибрера в зимних условиях а :: 0,00276; для двухпрессового в зимних условиях а> 0,0031, в летних - а = 0,00285.

С учетом геометрии поверхности камня производительность дефибрера

г

где q - удельный съем, - 2 -- • см ·см

Используя формулу (2.79), можно по заданной производительности оп­ ределить необходимую длину балансов:

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Размерности величин в формулах (2.79) и (2.80) такие же, как и в формуле

(2.72).

Прессовый дефибрер является дефибрером периодического действия, поэтому в формуле производительности должна быть учтена периодичность работы. Производительность прессового дефибрера

(Тр - время рабочего хода башмака и плунжера дефибрера; Тзагр - время обратного хода башмака и плунжера и время загрузки).

В современных дефибрерах время 'загр составляет порядка 25-30 с. Ко­ эффициент использования рабочего времени дефибрера близок к единице (КТ == 0,98), поэтому при технических расчетах, учитывая округление длины баланса в большую сторону, этот коэффициент можно не учитывать и поль­ зоваться формулой (2.79).

2.7. О с о б е н н о с т и р а с ч е т а э л е м е н т о в конструкции дефи бреров

2.7.1. Определение осевого усилия на валу дефибрера

Осевое усилие на валу дефибрера возникает от усилия затяжки камня шайбами и в результате температурных деформаций дефибрерного камня и

вала.

В пусковой период камень вначале вращается без прижима балансов. За 8-1О часов средияя температура камня достигает 28-300с. Подшипники вала за это время нагреваются при подшипниках скольжения до 600с и при подшипниках качения до 400с. Вал нагревается от подшипников и оказыва­

ется нагретым больше камня. В результате усилие предварительной затяжки шайб ослабевает и может произойти проворачивание на валу или проседание камня. для предотвращения этого периодически на непродолжительное вре­ мя необходимо повышать нагрузку на камень. При этом происходит подкру­ чивание шайб. Такой режим длится 20-30 часов.

Усилие затяжки определяется мощностью (моментом сопротивления) в зоне дефибрирования и может быть определено из выражения:

103 ·30Рэф

"1mdc/gA+P

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

где Рэф - эффективная мощность в зоне дефибрирования, кВт; п - частота вращения дефибрерного камня, мин";

dcp - средний диаметр упорной резьбы на валу, м; А. - угол подъема резьбы;

р - угол трения.

При установившемся режиме работы камень нагрет несколько больше

вала. Разность температур для цепного дефибрера большой мощности дости­

гает эо-с, В результате на участке вала под камнем возникает термическое усилие Ft • Рассмотрение совместной температурной деформации вала и кам­

ня дает выражение для определения термического усилия в виде:

de - диаметр вала на участке под камнем, м;

А/(- площадьпоперечногосечениякамня, А/( = Jr (D; - d; ),м2

. 4

(D/( и d/( - наружный и внутренний диаметры камня, м);

В наиболее неблагоприятном случае усилия от затяжки шайбами и термическое суммируются, то есть общее осевое усилие составляет

~=~+~. ~~

Величина осевого усилия на современных дефибрерах может достигать

значительных величин и должна учитываться при расчете и конструировании камня, вала, гаек и шайб дефибрера.

2.7.2. Расчет вала дефибрера иа прочность

Расчетные схемы сил, действующих перпендикулярно оси вала (рис.2.12), различаются для цепного и прессового дефибреров. В двухпрессо­ вом дефибрере возможны три варианта приложения сил:

1.Работают оба пресса.

2.Работает первый по ходу вращения пресс, второй - на загрузке.

3.Работает второй по ходу вращения пресс, первый - на загрузке.

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

В первом случае общая мощность дефибрера расходуется на оба прес­ са. Поэтому в каждой зоне действует половина общих тангенциального и нормального усилий, определяемых выражениями (2.42) и (2.43). Во втором и третьем случаях при работе только одного пресса, вследствие действия ав­ томата поддержания постоянной мощности электродвигателя, вся мощность дефибрера реализуется в одной рабочей зоне. Многоугольники сил, постро­ енные для каждого из трех случаев, показывают, что наиболее тяжелый слу­ чай нагружения имеет место в варианте 2, который и принимается в качестве расчетного (рис.2.12).

Эпюры изгибающего момента в вертикальной плоскости Ми.в., в гори­ зонтальной плоскости - Ми.г., суммарного изгибающего момента Ми.};, кру­ тящего момента Ткр и приведенного момента Мnр показаны на рис. 2.13 .

. Предварительный диаметр вала можно определить из условия прочно­

сти при кручении:

где Рэф - мощность в зоне дефибрирования, кВт; n - частота вращения вала, мин";

[r] - допускаемое касательное напряжение материала вала при круче- .. нии, Н/м2, для материала вала из стали 45, 40Х

[r] = 25'106.;- 50-106 Н/м2•

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

б

!ё·if.". ~i~"i~!J'JI"'Jl:.=R

о

'рис. 2.12. Схемы сил, действующих: а - в цепном дефибрере; б - в прессовом дефибрере

При построении эпюры крутящих моментов считаем, что мощность от вала к камню передается в равной степени через обе шайбы. Поэтому на участке ва­ ла под камнем будет действовать крутящий момент, равный половине эффек­

тивного крутящего момента.

Эпюра приведенных моментов Мnр является исходной для проверки

где Wz - осевой момент сопротивления вала в опасных сечениях.

66

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Следует учитывать, что на участке вала под камнем возникаю " напря­

А - площадь сечения участка вала под камнем, определяемая по внут­ реннему диаметру резьбы на валу.

Эквивалентные напряжения по четвертой теории прочности для этого участка вала с учетом напряжений растяжения, изгиба и кручения составля­

ют:

где [(1]- допускаемоенапряжение;НJc~,для сталей45, 40Х

[(1] = 6500 и 7000 НJCM2.

Уточненный расчет вала проводится по коэффициентам запаса прочно­ сти по нормальным напряжениям Su (изгиб и растяжение), касательным на­ пряжениям ST (кручение) и общему запасу прочности S, величинакоторого:

Коэффициенты запаса прочности Su и ST рассчитываются по отношению к

пределам выносливости о., и T-I [9].

2.7.3. Проверка камня на проворачивание и проседание относительно шайб

При работе дефибрера, особенно в период пуска, возможно проворачи­ вание и проседание камня относительно шайб. Это обусловлено тем, что дей­ ствующие на камень крутящий момент и равнодействующая сил R (рис.2.12) могут оказаться больше, чем момент и силы трения между торцами камня и шайбами от предварительной затяжки.

В упрощенной расчетной схеме (рис.2.13) принято, что контакт шайб и торцов камня происходит по плоской поверхности, и схватывание поверхно­ стей шайб и торцов камня цементной заливкой отсутствует.

Осевая сила, возникающая от действия момента предварительной за­

Условие непроседания камня имеет вид

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

R - равнодействующая сил, смещающих камень относительно шайб

(см.рис.2.12).

Условие непроворачивания камня относительно шайб имеет вид

лп

(2.95)

где Fo- осевая сила, Н;

Dш - наружный диаметр шайбы, м; dK - внутренний диаметр камня, м.

Окончательно условие непроворачивания камня с учетом выражения (2.91) имеет вид:

(2.96)

2.7.4. Расчет шайб на прочuость

Шайбу условно можно считать плоской пластиной некоторой приве­ денной толщины h с концентрическим отверстием диаметром а; . Расчетная схема приведена на рис.2.l3.

Максимальные напряжения, возникающие в пластине, рассчитываются по формуле [10]: